(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンピュータが、ワイヤーハーネスの布線設計を行う布線設計方法であって、
前記コンピュータの制御部が、入力された製造盤に埋設される治具の形状情報、治具の配置情報、ワイヤーハーネスを構成する電線の物性情報、及び電線の経路情報を制約条件とする解析モデルにおいて、治具間ごとに定義される接続を滑らかな区間関数で表し、各治具の治具平面内において電線ごとに加わるエネルギーが最小となる点を通る電線の形状関数を求めることで電線の布線作業を模擬する第１の模擬工程と、
前記制御部が、前記第１の模擬工程による模擬結果の出力を制御する出力工程と、を含むことを特徴とする布線設計方法。
【請求項２】
前記制御部が、前記第１の模擬工程における模擬結果に基づいて、各治具の治具平面において同一のパッキング対象となる複数の電線の中心を算出し、電線の外側から前記中心に向けて所定の圧力を作用させることで電線のパッキング作業を模擬する第２の模擬工程、を更に含み、
前記出力工程は、前記制御部が、前記第２の模擬工程における模擬結果の出力を制御することを特徴とする請求項１に記載の布線設計方法。
【請求項３】
前記第１の模擬工程における解析モデルは、各電線の対向する治具間がばね要素によって連結され、かつ電線同士が治具平面内でばね要素によって連結されるものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の布線設計方法。
【請求項４】
前記第１の模擬工程における前記エネルギーは、曲げエネルギー、張力エネルギー、重力エネルギーの和であることを特徴とする請求項３に記載の布線設計方法。
【請求項５】
前記第１の模擬工程は、前記制御部が、前記電線の形状関数に基づいて電線ごとの線長を算出し、
前記出力工程は、前記制御部が、電線ごとのレイアウトと線長の表示を制御することを特徴とする請求項１に記載の布線設計方法。
【請求項６】
前記第１の模擬工程は、前記制御部が、入力されたエネルギーの許容範囲内で全ての電線の線長の総和が最小となるように電線の布線作業を模擬することを特徴とする請求項１に記載の布線設計方法。
【請求項７】
ワイヤーハーネスの製造工程を模擬するための布線シミュレーション装置であって、
製造盤に埋設される治具の形状情報、治具の配置情報、ワイヤーハーネスを構成する電線の物性情報、及び電線の経路情報を取得する取得手段と、
前記取得手段によって取得した情報を制約条件とする解析モデルにおいて、治具間ごとに定義される接続を滑らかな区間関数で表し、各治具の治具平面内において電線ごとに加わるエネルギーが最小となる点を通る電線の形状関数を求めることで電線の布線作業を模擬する第１の模擬手段と、
前記第１の模擬手段による模擬結果を出力する出力手段と、
を具備することを特徴とする布線シミュレーション装置。
【請求項８】
コンピュータを請求項７に記載の布線シミュレーション装置として機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤーハーネスの製造工程をコンピュータにより模擬するための布線設計方法等に関する。特に、電線が１本ずつ布線され、パッキングされるまでの製造工程を模擬することができる布線設計方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
ワイヤーハーネスは、車両等に搭載される電線をコンパクトに装着することを目的として、関連部品とともに束ねられるものである。ワイヤーハーネスは、比較的フレキシブルな性質を持つことから、製造盤（ＡＳＳＹ盤、治具盤とも言う。）と呼ばれる平面上で製造されている。このようにして製造されたワイヤーハーネスは、車両等に搭載されたときに予想以上の逃げや捻りが生じて、製品として機能しなくなってしまう場合がある。その為、ワイヤーハーネスの設計においては試作が必要不可欠であった。しかしながら、試作による方法だけでは時間とコストがかかる為、従来からワイヤーハーネスの解析、設計等を行うシミュレーション装置が提案されている。
【０００３】
特許文献１では、ワイヤーハーネスの拘束点間の特定部位を移動させた場合において、解析対象のワイヤーハーネス全体の変形を有限要素法により解析して画面上で確認可能にする変形解析装置が開示されている。特許文献１の変形解析装置では、ワイヤーハーネスの物性データ、形状データ及び拘束条件を制約条件として、画面上で指示された特定部位及び移動位置の三次元座標値データに応答して、有限要素法により特定部位の移動に伴って初期状態の解析モデルが変形するのを解析して変形解析モデルを作成する。
【０００４】
特許文献２では、ワイヤーハーネスへの負荷の少ない最適な結束の位置を自動的に設計可能とするハーネス設計装置が開示されている。特許文献２のハーネス設計装置は、ワイヤーハーネス上の結束の位置、あるいは、ワイヤーハーネス自身が満たすべき制約条件を取得する条件設定手段と、該取得手段で示された結束の位置の条件の下に結束の位置を可変し、ワイヤーハーネス全体の力学的エネルギーが最小になるような位置を結束の位置として取得する結束位置取得手段とを備える。これによって、ワイヤーハーネスへの負荷の少ない最適な結束の位置を得ることが出来る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４２６６７８３号公報
【特許文献２】特開２００９−１３４３６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ワイヤーハーネスの製造は、製造盤に埋設された複数の治具に電線を１本ずつ布線していき、複数の電線を束ねてテープ等でパッキングしていくものである。従って、ワイヤーハーネスの製造工程を正確に模擬するためには、製造盤に布線される各電線の初期状態の形状から模擬する必要がある。
しかしながら、特許文献１が採用する有限要素法では、初期状態の形状を制約条件として指定する必要がある為、製造盤に布線される各電線の初期状態の形状を模擬する問題の解法として適切ではない。
【０００７】
また、特許文献２を含めて、従来技術においては、複数本の電線が束ねられた束（以下、「サブハーネス」という。）を最小単位として各種の解析を行っている。従って、サブハーネスとして束ねられる前の状態、即ち電線を１本ずつ布線していく状態を模擬することができない。具体的には、サブハーネスとして束ねる電線の選択、サブハーネスとして電線を束ねていく順序などの影響を解析することができない。
また、従来技術においては、同一のサブハーネスに含まれる電線は、全て同一の線長、同一の剛性として表現されてしまうので、実物において発生する各電線の線長やレイアウトのばらつきを表現することができない。
また、サブハーネスを最小単位とした従来技術による解析では、サブハーネスの形状、位置などが製品寸法を満たすように模擬を行う為、分岐箇所などの寸法を現実に即して正確に表現することができず、製品寸法の公差を満たすかどうか検証することができない。
【０００８】
以上の通り、従来技術では、電線が１本ずつ布線され、パッキングされるまでのワイヤーハーネスの製造工程を正確に模擬することができていない。
【０００９】
本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、その目的とすることは、ワイヤーハーネスの製造工程をコンピュータにより正確に模擬することができる布線設計方法等を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前述した目的を達成するために第１の発明は、コンピュータが、ワイヤーハーネスの布線設計を行う布線設計方法であって、前記コンピュータの制御部が、入力された製造盤に埋設される治具の形状情報、治具の配置情報、ワイヤーハーネスを構成する電線の物性情報、及び電線の経路情報を制約条件とする解析モデルにおいて、治具間ごとに定義される接続を滑らかな区間関数で表し、各治具の治具平面内において電線ごとに加わるエネルギーが最小となる点を通る電線の形状関数を求めることで電線の布線作業を模擬する第１の模擬工程と、前記制御部が、前記第１の模擬工程による模擬結果の出力を制御する出力工程と、を含むことを特徴とする布線設計方法である。
【００１１】
治具の形状情報とは、電線を支持する平面（＝治具平面）の形状等である。例えば、治具が製造盤に埋設される支持柱と、支持柱の上端に配置されるＵ型の支持部とによって構成される場合、治具平面はＵ型の支持部の内側の領域となる。
治具の配置情報とは、治具の配置位置、治具平面の法線方向等である。
電線の物性情報とは、電線の径、剛性値、線長等である。
電線の経路情報とは、電線に接続されるコネクタやクリップ等の位置（固定位置）、電線が通過すべき治具の順序等である。また、電線の経路情報は、サブハーネスとして束ねる電線のグループ、サブハーネスとして束ねていく順序等も含むものとする。
【００１２】
第１の発明によって、電線を１本ずつ布線していく状態を模擬し、ワイヤーハーネスの製造工程を正確に模擬することができる。
また、第１の発明における第１の模擬工程では、コンピュータにより各電線に対してエネルギーが最小となるように各治具の治具平面内を通過する通過点を決定し、前記配置点を通る曲線を補間するので、製造現場での利用に耐えられる程度の処理速度で電線の布線作業を正確に模擬することができる。すなわち、各治具の治具平面は２次元空間であるため、最適化問題の算出時間を短縮することができる。また、各治具の治具平面でエネルギーを考慮した結果が治具間にも反映されるため、電線の経路全体でエネルギーを考慮した形状を算出することができる。
【００１３】
第１の発明は、前記制御部が、前記第１の模擬工程における模擬結果に基づいて、各治具の治具平面において同一のパッキング対象となる複数の電線の中心を算出し、電線の外側から前記中心に向けて所定の圧力を作用させることで電線のパッキング作業を模擬する第２の模擬工程、を更に含み、前記出力工程は、前記制御部が、前記第２の模擬工程における模擬結果の出力を制御することが望ましい。
これによって、電線のパッキング作業を正確に模擬することができる。特に、各治具においてサブハーネスの断面形状、配置位置を実物に即して表現することができ、分岐箇所等において製品寸法の公差を満たすかどうか検証することが可能となる。
【００１４】
また、前記第１の模擬工程における解析モデルは、各電線の対向する治具間がばね要素によって連結され、かつ電線同士が治具平面内でばね要素によって連結されるものであることが望ましい。
各電線の治具間がばね要素によって連結され、かつ電線同士が治具平面内でばね要素によって連結される解析モデルとすることで、モデルを簡略化しながら現実に即した結果が得られる。
【００１５】
また、前記第１の模擬工程における前記エネルギーは、曲げエネルギー、張力エネルギー、重力エネルギーの和であることが望ましい。
これによって、電線を布線したときに負荷の少ない経路を正確に模擬することができる。
【００１６】
また、前記第１の模擬工程は、前記制御部が、前記電線の形状関数に基づいて電線ごとの線長を算出し、前記出力工程は、前記制御部が、電線ごとのレイアウトと線長の表示を制御することが望ましい。
これによって、電線の線長をチューニングすることができる。また、電線のレイアウトのバラつきの原因も特定することができる。
【００１７】
また、例えば、第１の発明では、前記第１の模擬工程は、前記制御部が、入力されたエネルギーの許容範囲内で全ての電線の線長の総和が最小となるように電線の布線作業を模擬するようにしても良い。
これによって、製品として機能する範囲で、コストを抑えることができる。
【００１８】
第２の発明は、ワイヤーハーネスの製造工程を模擬するための布線シミュレーション装置であって、製造盤に埋設される治具の形状情報、治具の配置情報、ワイヤーハーネスを構成する電線の物性情報、及び電線の経路情報を取得する取得手段と、前記取得手段によって取得した情報を制約条件とする解析モデルにおいて、治具間ごとに定義される接続を滑らかな区間関数で表し、各治具の治具平面内において電線ごとに加わるエネルギーが最小となる点を通る電線の形状関数を求めることで電線の布線作業を模擬する第１の模擬手段と、前記第１の模擬手段による模擬結果を出力する出力手段と、を具備することを特徴とする布線シミュレーション装置である。
第２の発明によって、電線を１本ずつ布線していく状態を模擬し、ワイヤーハーネスの製造工程を正確に模擬することができる。
【００１９】
第３の発明は、コンピュータを第２の発明の布線シミュレーション装置として機能させるためのプログラムである。
第３の発明のプログラムをコンピュータにインストールすることで、第２の発明の布線シミュレーション装置を得ることができ、電線を１本ずつ布線していく状態を模擬し、ワイヤーハーネスの製造工程を正確に模擬することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明により、ワイヤーハーネスの製造工程をコンピュータにより正確に模擬することができる布線設計方法等を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】布線シミュレーション装置１のハードウエア構成図
【図２】布線設計処理の概要を示す図
【図３】治具の形状情報を説明する図
【図４】治具の配置情報を説明する図
【図５】電線の物性情報、経路情報を説明する図
【図６】電線の布線作業を模擬する処理の流れを示すフローチャート
【図７】電線の治具間の取扱いについて説明する図
【図８】治具平面内における電線同士の取扱いについて説明する図
【図９】電線の位置座標を説明する図
【図１０】電線の自重を定義するための座標系を説明する図
【図１１】電線のパッキング作業を模擬する処理の流れを示すフローチャート
【図１２】電線のパッキング作業を模擬する処理を説明する図
【図１３】布線作業の模擬結果の一例を示す図
【図１４】図１３のＡ−Ａ断面図
【図１５】パッキング作業の模擬結果の一例を示す図
【図１６】図１５のＡ−Ａ断面図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下図面に基づいて、本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は、布線シミュレーション装置１のハードウエア構成図である。尚、図１のハードウエア構成は一例であり、用途、目的に応じて様々な構成を採ることが可能である。
【００２３】
布線シミュレーション装置１は、制御部１１、記憶部１２、メディア入出力部１３、通信制御部１４、入力部１５、表示部１６、周辺機器Ｉ／Ｆ部１７等が、バス１８を介して接続される。
【００２４】
制御部１１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）等で構成される。
【００２５】
ＣＰＵは、記憶部１２、ＲＯＭ、記録媒体等に格納されるプログラムをＲＡＭ上のワークメモリ領域に呼び出して実行し、バス１８を介して接続された各装置を駆動制御し、布線シミュレーション装置１が行う後述する処理を実現する。
ＲＯＭは、不揮発性メモリであり、コンピュータのブートプログラムやＢＩＯＳ等のプログラム、データ等を恒久的に保持している。
ＲＡＭは、揮発性メモリであり、記憶部１２、ＲＯＭ、記録媒体等からロードしたプログラム、データ等を一時的に保持するとともに、制御部１１が各種処理を行う為に使用するワークエリアを備える。
【００２６】
記憶部１２は、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）であり、制御部１１が実行するプログラム、プログラム実行に必要なデータ、ＯＳ（オペレーティングシステム）等が格納される。プログラムに関しては、ＯＳ（オペレーティングシステム）に相当する制御プログラムや、後述する処理をコンピュータに実行させるためのアプリケーションプログラムが格納されている。
これらの各プログラムコードは、制御部１１により必要に応じて読み出されてＲＡＭに移され、ＣＰＵに読み出されて各種の手段として実行される。
【００２７】
メディア入出力部１３（ドライブ装置）は、データの入出力を行い、例えば、ＣＤドライブ（−ＲＯＭ、−Ｒ、−ＲＷ等）、ＤＶＤドライブ（−ＲＯＭ、−Ｒ、−ＲＷ等）等のメディア入出力装置を有する。
通信制御部１４は、通信制御装置、通信ポート等を有し、コンピュータとネットワーク間の通信を媒介する通信インタフェースであり、ネットワークを介して、他のコンピュータ間との通信制御を行う。ネットワークは、有線、無線を問わない。
【００２８】
入力部１５は、データの入力を行い、例えば、キーボード、マウス等のポインティングデバイス、テンキー等の入力装置を有する。
入力部１５を介して、コンピュータに対して、操作指示、動作指示、データ入力等を行うことができる。
表示部１６は、ＣＲＴモニタ、液晶パネル等のディスプレイ装置、ディスプレイ装置と連携してコンピュータのビデオ機能を実現するための論理回路等（ビデオアダプタ等）を有する。
【００２９】
周辺機器Ｉ／Ｆ（インタフェース）部１７は、コンピュータに周辺機器を接続させるためのポートであり、周辺機器Ｉ／Ｆ部１７を介してコンピュータは周辺機器とのデータの送受信を行う。周辺機器Ｉ／Ｆ部１７は、ＵＳＢやＩＥＥＥ１３９４やＲＳ−２３２Ｃ等で構成されており、通常複数の周辺機器Ｉ／Ｆを有する。周辺機器との接続形態は有線、無線を問わない。
バス１８は、各装置間の制御信号、データ信号等の授受を媒介する経路である。
【００３０】
図２は、布線設計処理の概要を示す図である。本実施の形態に係る布線設計処理では、例えば、自動車メーカ等の顧客が作成した初期設計情報（ＣＡＤ情報）に基づいて、最適な布線設計を行う。
【００３１】
設計者は、布線シミュレーション装置１に対して、初期設計情報を入力する（ステップ１０１）。初期設計情報は、治具の形状情報、治具の配置情報、電線の物性情報、電線の経路情報等である。入力された初期設計情報は、布線シミュレーション装置１の記憶部１２に記憶される。初期設計情報の詳細については後述する。
【００３２】
次に、布線シミュレーション装置１の制御部１１は、入力された初期設計情報を制約条件とする解析モデルを用いて、電線の布線作業を模擬する（ステップ１０２）。電線の布線作業を模擬する処理の詳細については後述する。
【００３３】
次に、布線シミュレーション装置１の制御部１１は、ステップ１０２における模擬結果に基づいて、電線のパッキング作業を模擬する（ステップ１０３）。電線のパッキング作業を模擬する処理の詳細については後述する。
【００３４】
次に、布線シミュレーション装置１の制御部１１は、ステップ１０２、１０３における模擬結果を表示部１６等に出力する（ステップ１０４）。模擬結果の表示処理の詳細については後述する。
【００３５】
設計者は、模擬結果を確認し、布線設計を終了するかどうか判断する（ステップ１０５）。布線設計を続行する場合、設計者は、初期設計情報を適宜変更し、布線シミュレーション装置１に対して、初期設計情報を入力する。布線シミュレーション装置１の制御部１１は、ステップ１０２からステップ１０４を繰り返す。
【００３６】
次に、図３から図５を参照し、初期設計情報について説明する。
【００３７】
治具の形状情報とは、電線を支持する平面（＝治具平面）の形状等である。例えば、治具が製造盤に埋設される支持柱と、支持柱の上端に配置されるＵ型の支持部とによって構成される場合、治具平面はＵ型の支持部の内側の領域となる。
【００３８】
図３は、治具の形状情報を説明する図である。図３は、製造盤の水平方向から見た図である。図３では、治具２１を太線によって示し、治具平面２３を斜線によって示している。実際の製造盤では、電線が治具平面２３を通過する場合、電線は治具２１に支持される。一方、電線が治具平面２３を通過しない場合、電線は治具２１に支持されない。すなわち、治具平面２３は電線が治具２１に支持される状態を維持して自由に動ける範囲を示している。このことを模擬するために、本解析モデルでは、治具平面２３を制約条件として扱う。
【００３９】
治具の配置情報とは、治具の配置位置、治具平面の法線方向等である。治具の配置位置は、製造盤に配置する治具の間隔に基づいて算出するようにしても良い。この場合には、初期設計情報として、製造盤に配置する治具の間隔を入力すれば良い。
【００４０】
図４は、治具の配置情報を説明する図である。図４は、製造盤の垂直方向から見た図である。図４では、一例として、治具２１ａ〜２１ｅ、コネクタ２５ａ〜２５ｃを示している。
【００４１】
治具の点線部分は、治具平面の上端となる辺を示している。コネクタの矢印は、電線が接続されたときの伸長方向を示している。
実際の製造盤では、治具平面の法線方向は様々である。また、コネクタに対して電線が接続可能な位置が限定される。このことを模擬する為に、本解析モデルでは、治具平面の法線方向、コネクタに対して電線が接続可能な位置を制約条件として扱う。
【００４２】
電線の物性情報とは、電線の径、剛性値等である。
電線の経路情報とは、電線に接続されるコネクタやクリップ等の位置（固定位置）、電線が通過すべき治具の順序、電線を布線していく順序、サブハーネスとして束ねる電線のグループ等である。
【００４３】
図５は、電線の物性情報、経路情報を説明する図である。図５は、図４に示す治具の配置に対して電線の経路を示したものである。図５では、一例として、電線２７ａ、２７ｂを示している。電線２７ｂの径は、電線２７ａの径よりも大きい。
【００４４】
電線の経路情報は、リスト形式となっている。図５に示す例では、電線２７ａの経路情報は（コネクタ２５ａ、治具２１ａ、治具２１ｂ、治具２１ｃ、コネクタ２５ｂ）、電線２７ｂの経路情報は（コネクタ２５ａ、治具２１ａ、治具２１ｂ、治具２１ｄ、治具２１ｅ、コネクタ２５ｃ）である。
また、電線の経路情報は、電線２７ａと電線２７ｂのどちらを先に布線するか、電線２７ａと電線２７ｂは同じサブハーネスとして束ねるかなどの情報も有する。
実際の製造盤では、電線ごとに通過する治具２３が異なる。また、電線を布線していく順序によって最終的な製品形態が変わる。また、電線の径、剛性なども電線ごとに異なる。このことを模擬する為に、本解析モデルでは、電線ごとに物性情報、経路情報を与える。
【００４５】
次に、図６を参照しながら、コンピュータにより電線の布線作業を模擬する処理の流れについて説明する。
図６は、電線の布線作業を模擬する処理の流れを示すフローチャートである。図６では、電線の変数をＬとし、電線の布線順序を示す添え字をｉとして説明する。
【００４６】
布線シミュレーション装置１の制御部１１は、添え字ｉに１を代入し（ステップ２０１）、電線Ｌ（ｉ）が通過する各治具平面内の配置点を決定する（ステップ２０２）。配置点の決定は、後述するエネルギー最小原理スプライン手法に基づく。
【００４７】
次に、布線シミュレーション装置１の制御部１１は、ステップ２０２において決定した各治具平面内の配置点を通る曲線を補間し、電線Ｌ（ｉ）の経路を決定する（ステップ２０３）。経路の決定は、後述するエネルギー最小原理スプライン手法に基づく。
【００４８】
次に、布線シミュレーション装置１の制御部１１は、添え字ｉにｉ＋１を代入し（ステップ２０４）、全ての電線の経路を決定済であるかどうか確認する（ステップ２０５）。
全ての電線の経路を決定していない場合（ステップ２０５のＮｏ）、布線シミュレーション装置１の制御部１１は、ステップ２０２から繰り返す。
全ての電線の経路を決定済の場合（ステップ２０５のＹｅｓ）、布線シミュレーション装置１の制御部１１は、処理を終了する。
【００４９】
このように、布線シミュレーション装置１の制御部１１は、後述するエネルギー原理スプラインに基づいて、電線の経路を１本ずつ決定し、電線の布線作業を模擬する。
【００５０】
次に、図７から図１０を参照しながら、エネルギー最小原理スプライン手法について説明する。エネルギー最小原理スプライン手法とは、スプライン関数を拡張し、エネルギー最小原理を適用するものである。
【００５１】
図７は、電線の治具間の取扱いについて説明する図である。図７では、一例として、コネクタ２５ａ〜２５ｂ、治具２１ａ〜２１ｃ、電線の配置点３１ａ〜３１ｅ、ばね要素３３ａ〜３３ｄを示している。配置点３１ａ、３１ｅは、コネクタ２５ａ、２５ｂと電線の接続点である為、固定である。配置点３１ｂ、３１ｃ、３１ｄは、治具２１ａ、２１ｂ、２１ｃの治具平面内で自由に移動できる。前述のステップ２０２では、電線ごとに、移動可能な配置点の位置を決定する。ここで、配置点の位置は、治具平面上の２次元座標として表現される。
【００５２】
全ての対向する治具間は、有限要素法で一般に用いられるばね要素で連結されているものとする。例えば、配置点３１ａと配置点３１ｂは、ばね要素３３ａで連結されている。ばね要素３３ａ〜３３ｄは、電線が変位したときの復元力をモデル化する為のものである。治具間をばね要素として計算に組み込むことで、モデルを簡略化しながら現実に即した結果が得られる。例えば、ある治具において電線に力が加えられた場合、他の治具の配置点も連動して変更されることを模擬することができる。
【００５３】
図８は、治具平面内における電線同士の取扱いについて説明する図である。図８では、一例として、治具２１ｆ、治具平面２３ｆ、配置点３１ｆ〜３５ｈ、ばね要素３５ａ〜３５ｃを示している。
【００５４】
前述のステップ２０２において、２本目以降の電線を布線するときには、治具平面内に既に他の電線の配置点が存在する場合がある。このような場合を考慮し、治具平面内における電線同士は、有限要素法で一般に用いられるばね要素で連結されているものとする。例えば、配置点３１ｆと配置点３１ｇは、ばね要素３５ａで連結されている。ばね要素３５ａ〜３５ｃは、治具平面内における電線同士の接触力をモデル化する為のものである。治具平面内において電線同士が重なり合って配置された場合には、重なり合った面積に応じた接触力を双方の電線に作用させて配置位置を補正する。電線同士の接触力をばね要素として計算に組み込むことで、モデルを簡略化しながら現実に即した結果が得られる。例えば、２本目以降の電線を布線するときに、既に配置された電線の領域と重ならないように配置できる。
また、配置点は、電線の径を直径とする円で表現される。これによって、電線ごとに径が異なることを考慮できるので、現実に即した結果が得られる。
【００５５】
以下では、エネルギー最小原理スプライン手法の定式化について説明する。
エネルギー最小原理スプライン手法では、電線にかかる力として、例えば剪断力、張力、重力を考える。そして、これらの３つの力によるエネルギーを最小とする電線の配置点の位置を算出する。また、算出された配置点の位置を通るように曲線を補間し、電線の経路を算出する。
【００５６】
図９は、電線の位置座標を説明する図である。
エネルギー最小原理スプライン手法では、電線上の位置座標（３次元座標）を（ｘ（ｔ）、ｙ（ｔ）、ｚ（ｔ））で表す。
図９に示す例では、電線２７ｃのｔ＝ｔ１での位置座標が（ｘ（ｔ１）、ｙ（ｔ１）、ｚ（ｔ１））＝（ｘ１、ｙ１、ｚ１）、電線２７ｃのｔ＝ｔ２での位置座標が（ｘ（ｔ２）、ｙ（ｔ２）、ｚ（ｔ２））＝（ｘ２、ｙ２、ｚ２）となっている。
【００５７】
電線の曲げ剛性をＥＩ、曲げ歪をεｂ、剪断力によるエネルギー（曲げエネルギー）をＥ１とする。曲げ剛性ＥＩは、電線ごとに与えることができる。
曲げ歪εｂは次式で定義される。
【数１】
0005400638.tif 000002
曲げエネルギーＥ１は次式で定義される。
【数２】
0005400638.tif 000003
【００５８】
電線の張力をＴ、伸び歪（グリーンの歪）をεｅ、張力Ｔが関係するエネルギー（張力エネルギー）をＥ２とする。張力Ｔは、電線ごとに与えることができる。
伸び歪εｅは次式で定義される。
【数３】
0005400638.tif 000004
張力エネルギーＥ２は次式で定義される。
【数４】
0005400638.tif 000005
【００５９】
図１０は、電線の自重を定義するための座標系を説明する図である。図１０では、一例として、製造盤４１が示されている。製造盤４１は、座標Ｘ−Ｙ−Ｚ系におけるＸ−Ｙ平面に対して角度θだけ傾斜しているものとする。
座標Ｘ−Ｙ−Ｚ系における電線の自重をｗ、座標ｘ−ｙ−ｚ系におけるｙ方向の自重をｗｙ、座標ｘ−ｙ−ｚ系におけるｚ方向の自重をｗｚ、自重に関係するエネルギー（自重エネルギー）をＥ３とする。自重ｗは、電線ごとに与えることができる。
座標ｘ−ｙ−ｚ系におけるｙ方向の自重ｗｙは次式で定義される。
【数５】
0005400638.tif 000006
座標ｘ−ｙ−ｚ系におけるｚ方向の自重ｗｚは次式で定義される。
【数６】
0005400638.tif 000007
自重エネルギーＥ３は次式で定義される。
【数７】
0005400638.tif 000008
【００６０】
以上から、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３が定義され、全エネルギーの凡関数Ｅ（ｔ、ｘ（ｔ）、ｙ（ｔ）、ｚ（ｔ））＝Ｅ１＋Ｅ２＋Ｅ３が定義される。
電線の形状関数ｃ（ｔ）＝（ｘ（ｔ）、ｙ（ｔ）、ｚ（ｔ））は、エネルギー最小となるオイラー・ラグランジェ方程式で表すことができる。そこで、あるｃの成分を改めてｃと記述すると、支配方程式は定数係数の４階微分方程式である次式で定義される。
【数８】
0005400638.tif 000009
但し、σ１２＝Ｔ／ＥＩ、σ２＝ｗ／ＥＩ、ｗ＝ｗｙまたはｗｚである。
式（８）の支配方程式の解は、次式を満たす解である。
【数９】
0005400638.tif 000010
但し、ａ、ｂは定数である。
【００６１】
ここで、形状関数ｃ（ｔ）は、スプラインの条件を仮定し、区間（治具間）ごとに定義される区間関数Ｃｉ（ｔ）（ｉ＝１、２、・・・）で表す。スプラインの条件とは、治具平面上の点における区間関数同士の接続が滑らかであることである。すなわち各区間関数はＣ２級の関数であって、隣り合う区間関数の２回微分が等しいことである。
式（９）の定数ａ、ｂは、スプラインの条件から区間（治具間）ごとに決定することができる。また、未定係数法によって式（９）の非斉次方程式の特解を求めることで、式（９）の非斉次方程式の一般解が求まる。すなわち、電線の形状関数ｃ（ｔ）の一般解が導出される。そして、ｃ´（ｔ）に基づいてエネルギーが最小となる形状関数ｃ（ｔ）が決定される。
【００６２】
以上の通り、式（９）の解として導出される電線の形状関数ｃ（ｔ）は、治具間ごとに定義される接続が滑らかな区間関数で表され、各治具の治具平面内において電線ごとに加わるエネルギーが最小となる点を通る。このように電線の形状関数ｃ（ｔ）を区間関数で表現して治具ごとに形状を決定できるのは、図７を参照して説明したように治具間をばね要素として計算に組み込んでいるので、ある治具の最適化結果が隣接する治具に伝播する為である。
【００６３】
実際の製品の治具の形成面は３次元形状であるが、本発明の実施の形態では、計算を効率的に行う為に、各治具平面が２次元の平面空間上に構成されていると仮定する。そして、各治具平面（２次元のローカル座標系、図３の治具平面２３を参照）において解（配置位置）を算出した後、算出した解を製造盤（３次元のグローバル座標系、図１０の製造盤４１を参照）の座標点に変換し、製造盤における解（電線の形状）を算出する。これによって、直接３次元空間において解（電線の形状）を算出するよりも最適化問題の算出時間を短縮することができる。更に、治具平面内における電線の配置挙動を解析することも可能となる。
尚、前述の説明では、電線にかかる力として、剪断力、張力、重力の３つを考慮したが、いずれか１つまたは２つとしても良い。
【００６４】
次に、図１１を参照しながら、電線のパッキング作業を模擬する処理の流れについて説明する。
図１１は、電線のパッキング作業を模擬する処理の流れを示すフローチャートである。図１１では、サブハーネスの変数をＳとし、サブハーネスを識別する添え字をｊとし、治具平面の変数をＰとし、治具平面を識別する添え字をｋとする。一つの治具平面に対して複数のサブハーネスが存在する場合がある為、治具平面を示す変数Ｐは、ｊ、ｋに依存して決まるものとする。
【００６５】
布線シミュレーション装置１の制御部１１は、添え字ｊ、ｋに１を代入し（ステップ３０１）、治具平面Ｐ（ｊ、ｋ）におけるサブハーネスＳ（ｊ）のパッキングを模擬する（ステップ３０２）。ここでは、治具Ｐ（ｊ、ｋ）の治具平面においてサブハーネスＳ（ｊ）のパッキング対象となる複数の電線を選択し、電線のパッキング作業を模擬する。電線のパッキング作業を模擬する処理の詳細については後述する。
【００６６】
次に、布線シミュレーション装置１の制御部１１は、添え字ｋにｋ＋１を代入し（ステップ３０３）、処理対象のサブハーネスＳ（ｊ）が全ての治具平面でパッキングを模擬済であるかどうか確認する（ステップ３０４）。
全ての治具平面で模擬していない場合（ステップ３０４のＮｏ）、布線シミュレーション装置１の制御部１１は、ステップ３０２から繰り返す。
全ての治具平面で模擬済の場合（ステップ３０４のＹｅｓ）、布線シミュレーション装置１の制御部１１は、添え字ｊにｊ＋１を代入し（ステップ３０５）、全てのサブハーネスに対して模擬済であるかどうか確認する（ステップ３０６）。
全てのサブハーネスに対して模擬していない場合（ステップ３０６のＮｏ）、布線シミュレーション装置１の制御部１１は、ステップ３０２から繰り返す。
全てのサブハーネスに対して模擬済の場合（ステップ３０６のＹｅｓ）、布線シミュレーション装置１の制御部１１は、処理を終了する。
【００６７】
このように、布線シミュレーション装置１の制御部１１は、各治具の治具平面において同一のパッキング対象となる複数の電線を選択し、パッキング作業を模擬する。
【００６８】
以下では、電線のパッキング作業を模擬する処理の詳細について説明する。図１２は、電線のパッキング作業を模擬する処理を説明する図である。図１２の（ａ）は模擬する前の状態、図１２の（ｂ）は模擬した後の状態である。
【００６９】
図１２では、例として、４本の電線を束ねるサブハーネス４３ａ、３本の電線を束ねるサブハーネス４３ｂを示している。また、４５ａ、４５ｂは、それぞれサブハーネス４３ａ、４３ｂに含まれる複数の電線の中心を示している。
布線シミュレーション装置１の制御部１１は、同一のパッキング対象となる複数の電線の中心を算出する。電線の配置点は、電線の径を直径とする円で表現されている。そこで、例えば、複数の電線の中心は、複数の円の中心、または円周から等距離となる点とする。また、例えば、複数の電線の中心は、電線の自重等で重み付けして算出するようにしても良い。
【００７０】
次に、布線シミュレーション装置１の制御部１１は、複数の電線の外側から、複数の電線の中心に向けて所定の圧力を作用させ、配置点の位置を算出する。作用させる圧力は、パッキングする外装部材により異なる。外装部材としては、例えば、チューブ、シート、テープ等がある。配置点を示す円は、電線の剛性を考慮して、圧力によって変形するようにしても良い。
【００７１】
このように、複数の円を所定の領域内に配置する方法としては、例えば、公知の文献（荒井誠、宮澤武、嘉数侑昇、皆川雅章著、「多数円板の矩形内配置問題」、日本機械学会論文集（Ｃ編）６４巻６２７号、１９９８年）に記載されている振動制御法と呼ばれる方法がある。
振動制御法は、通常、容器内に物体を詰める際に振動を与えることによって物体の位置の微調整を繰り返して詰め込み作業を行う「ふるい」動作を計算モデルとして用いている。
振動制御法では、振動による円板移動、振動制御、円板同士の衝突、配置空間の境界面での衝突、円板に作用する力等を考慮する。また、円板の移動に伴い、配置空間の縮小も行う。
【００７２】
図１２の（ｂ）に示すように、電線のパッキング作業を模擬した後の状態では、サブハーネスの断面形状は円形に限らず、パッキング対象の電線が布線された位置、電線の剛性などに応じて、楕円形、多角形など様々な形状となる。従って、現実に即した模擬結果を得ることができる。
【００７３】
次に、模擬結果の表示処理の詳細について説明する。
図１３は、布線作業の模擬結果の一例を示す図である。尚、図１３はカラー画像をグレースケール化したものであり、原図は電線が色分けされている。
【００７４】
布線シミュレーション装置１の制御部１１は、布線作業の模擬結果として、電線の曲線形態を１本ずつ３次元で表現したＣＧ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｇｒａｐｈｉｃｓ）画像を表示部１６に表示する。本発明の実施の形態に係る布線シミュレーション装置１は、電線を１本ごとにリアルに表現することができる。また、布線シミュレーション装置１の制御部１１は、電線ごとに線長を算出し、表示部１６に表示することもできる。
【００７５】
図１３を見ると分かるように、例えば、全ての電線が治具間を結ぶ仮想的な直線上に布線されるのではなく、治具間を結ぶ仮想的な直線上から外れて大きく湾曲して布線される電線も存在することが表現されている。
【００７６】
図１４は、図１３のＡ−Ａ断面図である。図１４を見ると分かるように、同じ治具を通過する場合でも、電線ごとに治具平面内を通過する位置が異なることが表現されている。また、電線の径もそれぞれ異なることが表現されている。このように、布線シミュレーション装置１では、実物において発生するレイアウトのばらつきを表現することができる。
【００７７】
図１５は、パッキング作業の模擬結果の一例を示す図である。図１５はカラー画像をグレースケール化したものであり、原図はサブハーネスが色分けされている。
【００７８】
布線シミュレーション装置１の制御部１１は、パッキング作業の模擬結果として、パッキングした後のサブハーネスを３次元で表現したＣＧ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｇｒａｐｈｉｃｓ）画像を表示部１６に表示する。本発明の実施の形態に係る布線シミュレーション装置１は、サブハーネスの製品形態をリアルに表現することができる。
【００７９】
図１３と図１５を比較すると分かるように、電線を布線してパッキングする前の状態（布線状態）と、電線をパッキングしてサブハーネスとした状態（製品状態）との違いが表現されている。
【００８０】
図１６は、図１５のＡ−Ａ断面図である。図１６を見ると分かるように、径や剛性の異なる電線を束ねることによってサブハーネスが構成されていることが表現されている。前述した通り、サブハーネスの断面形状はパッキング作業の模擬結果に基づいて算出されるので、正円に限らず、楕円形、多角形など様々な形状となることを表現することができる。
【００８１】
サブハーネスごとに模擬する従来の技術では、サブハーネスの形状が製品寸法を満たすように模擬を行っていた為、寸法のばらつきを表現できていなかった。従って、実際に製造盤上で電線を１本ずつ布線してパッキングをしたときに、サブハーネスの形状が製品寸法の公差を満たさないという事態が生じていた。
一方、本発明の実施の形態では、電線１本ずつ布線してパッキング作業を模擬しているので、実際に発生する寸法のばらつきを表現できる。従って、製品寸法の公差を満たすまで設計を繰り返すことで、製造時にサブハーネスの形状が製品寸法の公差を満たさないという事態を回避することができる。
【００８２】
以上では、治具の配置情報、治具の形状情報、電線の物性情報、電線の経路情報を固定し、電線ごとのレイアウトと線長を出力する布線設計について説明した。しかしながら、本発明の実施の形態に係る布線シミュレーション装置１を用いた布線設計は、これに限定されるものではない。
【００８３】
設計者は、例えば、電線にかかるエネルギーについて所定の許容範囲を入力し、入力された許容範囲内のエネルギーで全ての電線の線長の総和が最小となるように電線の布線作業を模擬するようにしても良い。これによって、製品として機能する範囲で、コストを抑えた布線設計を行うことができる。
【００８４】
以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る布線設計方法等の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００８５】
１………布線シミュレーション装置
２１………治具
２３………治具平面
２５………コネクタ
２７………電線
３１………配置点
３３、３５………ばね要素
４１………製造盤
４３………サブハーネス
４５………複数の電線の中心
【図１】
0005400638.tif 000011
【図２】
0005400638.tif 000012
【図３】
0005400638.tif 000013
【図４】
0005400638.tif 000014
【図５】
0005400638.tif 000015
【図６】
0005400638.tif 000016
【図７】
0005400638.tif 000017
【図８】
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【図９】
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【図１０】
0005400638.tif 000020
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
0005400638.tif 000024
【図１５】
0005400638.tif 000025
【図１６】
0005400638.tif 000026